Автоматическая диагностика колесных пар на ходу

Поезда

 

2.3.1. Неисправности колесных пар, причины их появления

Работа подвижного состава в системе колесо – рельс связана со значительным износом обоих ком­понентов, однако в особой степени это относится к колесам. В ходе эксплуатации колеса испытывают значительные статические и динамические нагрузки, что вызывает нарушение геометрии поверхности катания колеса, ухудшается качество материала, растут остаточные напряжения, нарушается плав­ность хода и снижается уровень безопасности движения. Кроме того, вследствие нарушения технологии изготовления элементов тележки, возникновения неисправностей в тормозной системе и ряда других причин, у колес возникают ползуны, выщербины, отколы металла, под­рез гребня, ослабление колес на осях и другие дефекты. Перечисленные неис­правности могут вызывать сход вагона с рельсов при движении на кривых участках малого радиуса и, особенно при проходе стре­лочных переводов. Для предотвращения аварий и крушений разработаны и внедрены специальные нормы, позволяющие определить степень пригодности вагона к дальнейшей его эксплуатации. Как правило, в качестве ведущего параметра принимается тип вагона и его конструктивная скорость движения.

Так, например, толщина гребня колеса должна быть:

· не более 33 мм у всех вагонов и не менее 25 мм при скорости движения поездов до 120 км/ч;

· не менее 28 мм – при скорости движения от 120 км/ч до 140 км/ч;

· не менее 30 мм – при скорости движения от 140 до 160 км/ч.

Толщина обода колеса уменьшается из-за износа в процессе эк­сплуатации и при обточках. Не разрешается эксплуатировать вагоны, у которых толщина обода колеса которых по кругу катания:

· менее 22 мм у грузовых вагонов;

· менее 30 мм – у пассажирских вагонов, эксплу­атируемых со скоростью до 120 км/ч;

· менее 35 мм – со скоростями от 120 до 140 км/ч;

· менее 40 мм – со скоростями от 140 до 160 км/ч.

Ползуны и навары (рис. 2.27) образу­ются на поверхности катания из-за заклинивания колесных пар. Ползуны вызывают сильные удары колес о рельсы и могут при­вести к их излому.

Выявить ползун можно при встрече поезда сходу на слух, а после останов­ки – внешним осмотром.

Выщербины (рис. 2.27) образуются на поверхности катания колес из-за устало­стного разрушения поверхностных слоев металла под действием много­кратно повторяющихся контактных нагрузок или из-за термотрещин, которые возникают вследствие нагрева колес тормозными колодками.

Часто выщербины образуются в местах ползунов, наваров и светлых пятен. Причинами выщербин могут быть также скрытые пороки металла.

Светлые пятна возникают на поверхности катания при торможении в условиях нагрева и воздействия холодного воздуха на материал коле­са. Внутренние дефекты металлургического происхождения могут привести к местному уширению обода колеса – раздавливанию его в зоне фаски или к поверхностному отколу наружной грани.

Трещины и изломы в колесах, как правило, возникают вследствие дефектов металлургического и прокатного происхождения. В осях причинами образования трещин и изломов являются по­роки металла, перегрузка колесных пар, их неправильное формиро­вание, аварии подвижного состава и др. Наиболее опасны поперечные трещины осей. Вагоны с трещиной в любой части оси и с трещиной в ободе, диске и ступице к эксплуатации не допускаются.

Сварочный ожог на оси возникает из-за несоблюдения правил при вы­полнении сварочных работ на вагоне. В металле оси происходят структур­ные изменения вследствие нагрева, что в дальнейшем может вызвать тре­щины.

Ослабление или сдвиг ступицы колеса на оси возникает из-за нарушения технологий формирования, а также от ударов при авариях и крушениях. Признаками ослабления ступицы на оси является раз­рыв краски по всей окружности ступицы с выделением ржавчины или масла из-под ступицы. При наличии указанных признаков колес­ная пара должна быть заменена и отправлена в ремонт.

При дальнейшем увеличении скорости движения поездов все большее значение будет приобретать контроль технического состояния колесных пар. Поэтому в настоящее время ведутся работы по созданию более точных и оперативных средств измерения и диагностирования колесных пар. Одним из таких средств является детектор дефектных колес (ДДК).

 

2.3.2. Детектор дефектных колес (ДДК)

 

Назначение, состав и принцип работы

Аппаратура ДДК относится к напольным средствам автоматической диагностики и предназначена для выявления колёсных пар с дефектами на поверхности катания колёс, которые при движении поезда вызывают вертикальные динамические перегрузки колёс и рельсов (таких как ползун, навар, неравномерный прокат, выщербины и др.)

 

Состав аппаратуры ДДК

 

Аппаратура ДДК включает перегонное и станционное оборудование, свя­занные между собой линией связи. Перегонное оборудование в свою очередь состоит из напольного и постового.

Напольное оборудование устанавливается непосредственно на пути и пред­назначено для считывания информации с подвижного состава.

Оно состоит из:

– двух измерительных рельсов (тип Р65, длина L = 12,5 м, не имеющие дефектов), каждый из которых оборудован тремя тензорезисторными схемами;

– датчиков определения положения колеса, счёта осей и определения скорости движения поезда;

– соединительных кабелей в защитных трубах.

Напольное оборудование аппаратуры ДДК размещается в непосредствен­ной близости от помещения постового оборудования. При этом сигналы от на­польного оборудования по кабелю передаются к постовому оборудованию.

Постовое оборудование аппаратуры ДДК включает:

· тензометрический усилитель типа «Spider-8»;

· контроллер (специализированный компьютер).

· блок питания датчиков приближения;

· блок бесперебойного питания;

· соединительные кабели (комплект);

Электропитание приборов осуществляется через блок бесперебой­ного питания типа UPS. Для питания датчиков приближения используется до­полнительный блок питания.

Станционное (приёмное) оборудование аппаратуры ДДК устанавливается непосредственно на ПТО станции прибытия. При этом вывод результатов контроля с аппаратуры ДДК осуществляется через локальную связь с вы­дачей оператору ПТО единого документа – смотрового листа. После осмотра вагонниками указанных аппаратурой ДДК дефектов колёсных пар, результаты осмотра заносятся в графу «Подтвержденные дефекты» в специаль­ный журнал ДДК на ПТО.

В настоящее время создана система централизации типа «СКАТ», с помощью которой тревожная информа­ция со всех диагностических устройств, включая ДДК, выводится на единый смотровой лист.

Технические характеристики аппаратуры ДДК:

-Количество измерительных каналов по каждому из рельсов – 3.

- Первичные датчики-преобразователи – тензорезисторы.

- Температурная компенсация – самокомпенсирующиеся измерительные схемы.

- Питание аппаратуры – 230 В переменного тока.

- Полоса рабочих частот каналов измерения вертикальных сил между колесом и рельсом 0–450 Гц.

Основные требования к условиям размещения

и эксплуатации аппарату­ры ДДК

 

Участок контроля колёс аппаратурой ДДК располагается на прямолинейном участке железнодорожного пути (не менее 300 м). Место установки перегонного оборудования аппаратуры ДДК перед станцией прибытия, имеющей ПТО, должно выбираться из условия пропуска поездов по контрольному участку со скоростями не менее 60 км/ч.

 

Требования к измерительным рельсам

В комплект диагностической аппаратуры ДДК входят рельсы типа Р65, длиной L = 12,5 м, оборудованные специальными схемами для измерения вертикальных сил, действующих от колёс вагонов на рельсы. Измерительные рельсы должны быть уложены на железобетонное шпальное основание. На поверхности катания измерительных рельсов ближе 3,0 м с обеих сторон от зоны контроля, расположенной в средней части, не должно быть коротких неровностей глубиной h ≥ 0,1 мм на длине ℓ ≤ 0,5 м, а также других неровностей с h ≥ 1,0 мм на длине ℓ ≥ 1,0 м.

 

Комплект поставки оборудования аппаратуры ДДК

 

В комплект оборудования аппаратуры ДДК, поставляемого разработчиком на дороги, входят:

1. Напольные устройства:

– три тензометрических рельса (один резервный) типа Р65 длиной L = 12,5 м, не имеющих дефектов;

– коммутационные коробки – 2 шт.;

– датчики приближения – 4 (или 2) шт.;

– соединительные кабели (комплект);

2. Постовое оборудование:

– тензоусилитель «Spider 8»;

– контроллер (компьютер). Монитор, клавиатура (только для настройки,в комплект поставки не входят);

– блок питания датчиков приближения;

– блок бесперебойного питания;

– соединительные кабели (комплект);

Информационное обеспечение

– операционная система на основе Windows;

– программная оболочка «Catrun 32»;

– программный модуль «ДДК».

Конечный компьютер на ПТО, а также монитор и клавиатура на посту контроля, которые используются разработчиком для наладки всего комплекса аппаратуры ДДК, в комплект поставки не входят.